通信工程专业“电路分析”课程教学探讨

王韦刚,沈元隆

(1.南京邮电大学电子科学与工程学院,江苏南京 210046;2.南京邮电大学通达学院,江苏南京 210046)

“电路分析”课程对高等工科院校通信工程专业学生而言,是一门必修的专业基础课。针对通信工程专业“电路分析”课程教学自身的特点,如何在“电路分析”课程教学过程中往通信工程专业方向上引导,使学生尽早地具备通信工程素养,非常值得教学人员探讨和研究。笔者多年从事通信与电子工程专业的“电路分析”课程的教学与研究工作,结合所做的通信工程类项目的实践和经验,从教学方法和手段上进行探讨。

1 明确课程在专业中的地位

为了让学生理解“电路分析”课程的意义以及与后续课程的关系,需要在正式授课前花上一至两堂课来说明课程的地位和意义,这给学生认清自己所处的学习阶段和位置,明确学习方向有很大帮助。通信工程专业本科生学习的相关课程关系如图1所示。从中可以看出,“电路分析”课程是其中最重要的一门基础课。

图1 电路分析和电子通信类课程

对于刚涉足通信类专业基础课程的学生,参考这张体系图是十分有用的,可便于他们了解。

2 电路理论在通信工程中实例化

“电路分析”课程一些教材中使用的实例可能会偏向于一些强电应用,而对于通信工程专业的学生,更多需要了解弱电应用。因此,教师在授课过程中有必要按专业特点施教,多举一些通信工程应用的实例。比如电路理论中的叠加定理通常是这样描述的:当网络中有多个激励源同时作用时,总响应等于每个激励源单独作用(其余激励源置零)时所产生的响应分量的代数和。教材说明该定理时,通常只给出电压源或电流源的例子。对于通信工程专业的学生可以结合通信系统实例讲授,如图2所示的一个无线通信的多进多出MIMO的天线系统[1]。

图2 MIMO系统中的天线模型

3 通信工程新应用

对于理工科学生而言,在学习过程中往往会因为教材和内容枯燥而失去兴趣,因此在教学过程中教师应该有意识地去培养学生的学习兴趣,可以利用学生接收新事物快的特点来激发兴趣。有的学生对“电路分析”课程存在误解,认为该课程跟不上当今社会新技术的应用。这种错误认识容易造成厌学的心理,需要教师帮他们作思想转变。教师可以从当前的一些新技术应用出发,找出“电路分析”应用的基础背景。在讲解新技术原理过程中引入课程的基本知识点。笔者在讲耦合电感与变压器一章时,授课前先举一个低压电力通信的例子。图3所示是一个电力载波通信的框图,通过现有的低压电力线就可以实现有线通信,这让很多学生饶有兴趣,教师因势利导地介绍“电路分析”课程中变压器应用。图中的变压器T1是一种宽带变压器,主要用于通信和网络设备中,通过耦合作用实现载波的传递;变压器T2是一种电源变压器,主要用于整流电路或开关电源的供电。通过这样一个简单的应用例子,让学生很快转入到变压器原理的学习。变压器原理这个知识点,不仅在电工电子里非常重要,同样也是通信工程专业里不可缺的基本知识。

图3 电力载波通信中变压器的应用

4 在教学中培养创新精神

“电路分析”课程作为工科基础课程,提供了良好的创新素材,能使学生养成创新的思维习惯,而创新思维又会有助于“电路分析”课程的学习。例如线性网络的一般分析方法有:支路分析法、网孔分析法、节点分析法、回路分析法和割集分析法等。介绍了这些知识点之后,可以通过例题来考察和培养学生的创造力。同一道题在要求多种解法的情况下,有些解法往往异曲同工,甚至可用多种解法结合。对局部电路或支路处理用某种解法,而另外部分用其它解法。图4是一个能够体现创造性思维的例子[2]。

图4 解题过程中创新思维的示例

已知图4(a)中,i1=2A,i2=1A,试求当 R2断开后i1的值。假设用支路分析法迭代求解,虽然也能够得到正确答案,但是过程比较繁杂且容易迭代出错。如果能够发挥想象力,将R2断开视作无电流;进一步想像电路图的右边也存在一个同样的电压源,如图4(b)所示。那么根据对称性,R2上将没有电流,这等效于R2断开。这样图4(a)的问题就转为求图4(b)中 i′1的值,在图4(b)中利用叠加定理很容易地求解出i′1=i1-i2=1A。

5 结语

对于通信工程专业类的学生,其专业背景和教学题材很有特色,在学习“电路分析”课程中,不仅需要教师因材施教,更需要教师将有专业特色的题材融合到课堂当中去,让学生尽早带着问题去思考。“电路分析”课程与通信工程专业特色相结合的例子很多,本文提及的方法仅仅是笔者在教学过程中总结出来的几点经验,希望起到抛砖引玉的作用。

[1] 王韦刚,李跃宏.应用于WLAN中MIMO OFDM 技术的性能分析[J].南昌:江西通信科技,2006,9:12-14

[2] 沈元隆,刘陈.电路分析[M].北京:人民邮电出版社,2004(5)